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» 2015年12月22日 15時00分 UPDATE

5分でわかる最新キーワード解説:1枚300GBの大容量実現、1枚1TBを目指す「Archival Disc」とは何か

Blu-ray Discレーザー読み出しヘッドはそのままに、1枚で300GBの記録を可能とした「Archival Disc」。1枚1TBを目指すこの光ディスクに使われている技術を解説します。

[キーマンズネット]

 今回のテーマは、従来のBD用レーザー読み書きヘッドの仕様をそのままに、1枚の12cmディスクで1TB記録を視野に入れる「Archival Disc(アーカイバル・ディスク)」。2014年3月にソニーとパナソニックが共同で策定したこの業務用光ディスク規格には、どんな技術が使われているのでしょうか?

「Archival Disc」とは

 2014年3月に公表された、ソニーとパナソニックが共同で策定する、データアーカイブ用大容量光ディスク規格。現在1枚あたり300GBの仕様が策定されており、第2世代で500GB、第3世代で1TBへの拡張が予定されている。Blu-ray Disc技術がベースになっており、従来より使われてきたレーザーの波長や開口率を変えずに大容量化を達成していることがポイントだ。

 例えば「Optical Disc Archive」として既に商品化されている12枚セット可能な光ディスクカートリッジを使えば、タワー型PCの5インチベイにもマウントできるサイズで300GB(両面記録による1ディスクあたりの記憶容量)×12枚=3.6TBの大容量ストレージが実現できる。1TBのArchival Discが実現すればゆくゆくは12TBがまかなえる計算だ。

Archival Disc規格のロゴ12枚収納のカートリッジ Archival Disc規格のロゴ(写真=左)、12枚格納光ディスクカートリッジ(写真=右)

なぜ「光ディスク」に新規格が必要なのか

  • アーカイブ用途に課題をもつHDDや磁気テープ

 長期保管が必要なデータの記録媒体として主に用いられているのはHDD、磁気テープ、光ディスクの3種類だ。HDDは容量としては申し分なく、価格もかなり下がってきた。しかし問題は寿命。稼働状態に置けば3〜4年が限界なので長期保管には定期的にデータの移し替えを行わなければならず、常時通電が必要となる。

 昔からアーカイブに使われてきたのが磁気テープ。現在は1カートリッジ当たり最大2.5TB(LTO-6非圧縮の場合)に達していて、容量当たりコストは他のどの記録メディアよりも安い。ただしランダムアクセスに時間がかかる点と現実的な寿命に問題がある。

 寿命は一部メーカーで30年程度としているものの、テープ仕様の世代がほぼ2年で変わる状況が続いており、2世代よりも前の世代のテープは最新ドライブで読めなくなるのが現実。テープベンダー自身が「10年経過したら新しい媒体にデータを移行」することを薦めている状況だ。また保管環境により劣化が進むため、環境温度と湿度を指定された範囲に保つ必要があり、こちらも保管のための空調コストが発生する。

  • 寿命と保管コストの問題は光ディスクが解消。課題は大容量化

 寿命と保管コストの問題を解決するのが光ディスクだ。光ディスクの寿命は一説に100年といわれるが、ISO標準に基づいた加速エージング試験(「関連するキーワード」参照)の結果から、ソニーでは従来の光ディスクで「50年以上」の寿命を検証している。

 温度や湿度などの保管環境についても−10〜55℃、湿度3〜90%の環境でも短期間なら劣化しない(長期間の保管には10〜30℃、湿度30〜70%環境が推奨される)ため、空調コストもあまり問題にならない。それに光ディスク利用の動画撮影カメラは極地や砂漠地帯での実績を積んでおり、環境変化やホコリ・チリに強いことが実証済みだ。

 ただし光ディスクの弱点は、媒体当たりの容量がHDDやテープに比べて見劣りすることだ。これまでのところBlu-ray Disc(BDXL規格)での片面128GBが最大だ。この弱点を克服できれば、アーカイブ媒体として最適なものになるのではないか。こうした考えから、大容量光ディスクの新規格が期待されていた。

大容量化に使われた技術

 現行Blu-ray Disc規格の最大容量を超えた大容量のための研究開発は、(1)記録面を多層化する、(2)記録面の記録密度を上げる、いずれかの方向性を持っている。

 (1)の方向で、現在実用まで行き着いているのは片面4層記録方式までだが、例えば富士フイルムが2012年に20層(将来的には100層を見込む)の多層化技術を開発したように、さらなる多層化に向けた研究開発が進んでいる。

 今回のArchival Disc規格は、(2)の方向で研究を進めた成果だ。中でも「世代互換性」を強く意識し、既存BDドライブのレーザーモジュールを利用できるように開発されているのが大きな特長になっている。図3は、その記録方式の模式図だ。

Archival Discの信号記録方式 図3 Archival Discの信号記録方式のイメージ(資料提供:ソニー)
  • 両面記録で容量は倍に

 大容量化のための第一の仕様は両面記録方式とすることだ。取り扱いは不便にはなるが、カートリッジに入れた状態での移動やセットを前提にすれば問題はない。両面構造にすることで容量は2倍になる。

  • トラックピッチを縮めて高密度記録

 従来は記録面にトラック(凹凸形状)を形成し、その凸部分(Groove)にレーザーで小さなスポットの相変化(結晶構造の変化)を起こすことでビットを記録する方法をとっていたが、Archival Discでは、図3右側のように凹部分(Land)にもビットを記録できるようにした。もともとのトラック間ピッチはGrooveとLandの間隔と同じ0.32μmだったのが、Landに新しいトラックができることになり、トラック間ピッチは0.225μmと約2/3に縮めることができた。それだけ記録密度が増すことになる。

  • ノイズとなる隣接トラックのデータを拾わない技術

 また図3から分かるように、従来のレーザースポットの大きさでは隣接トラックのビットまで入ってしまうため、読み出し時に隣のトラックの信号を拾ってしまい、それがノイズになりエラーにつながる可能性がある(クロストーク)。Archival Discでは世代互換性を保つため、レーザーではなく信号処理を変えた。狭トラックピッチに対応するクロストークキャンセル技術が開発され、新規格に盛り込まれることになった。

 さらに再生光スポットの分解能を補正する信号処理技術も加え、大容量化しながら高い再生信号品質を確保している。主な仕様をまとめると次の通りだ。

Archival Discの主な仕様
ディスク容量(タイプ) 300GB(追記型)
光学パラメータ 波長405nm、開口率NA=0.85
ディスク構造 両面ディスク(片面3層)、ランド・アンド・グルーブフォーマット
トラックピッチ 0.225μm
データビット長 79.5nm
エラー訂正方式 リードソロモン符号
  • Archival Discのロードマップ

 この仕様が第1世代となり、2015年夏以降に各社から順次製品が登場する予定になっている。さらに第2世代、第3世代の仕様目標も次のように定められている。第2世代ではさらにノイズキャンセルの性能を高め、トラックの記録密度をさらに上げる技術が盛り込まれて500GB容量を実現、続いて、相変化の有無だけでなく変化の状態を細かく制御/検知して1つの記録箇所に多値を記録する技術を使い、1TB容量にまで発展させる青写真が描かれている。

図4 Archival Discのロードマップ 図4 Archival Discのロードマップ(出典:ソニー)

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